עמוד הבית > מדעים > אקולוגיה ואיכות הסביבה > מים ונחלים > איכות מיםעמוד הבית > ישראל (חדש) > תשתיות > מים > משק המים > מקורות מים חלופיים
יד יצחק בן-צבי


תקציר
מים שאינם מכילים מלחים מומסים הם מים חסרי טעם, או מים תפלים, ולכן התהליך המסלק את המלחים מהמים נקרא התפלה. על שיטות התפלה שונות, מתקני התפלה ומפעלי התפלה בארץ.



התפלת מים
מחבר: פרופ' חיים גבירצמן


הקדמה

מים שאינם מכילים מלחים מומסים הם מים חסרי טעם, או מים תפלים, ולכן התהליך המסלק את המלחים מהמים נקרא התפלה. ההתפלה כדאית הן מבחינה כמותית והן מבחינה איכותית. מבחינה כמותית, כמות המים באוקיינוסים היא אין-סופית ואפשר לשאוב מהם ככל שנחפוץ. זאת ועוד, המים המיוצרים במתקן ההתפלה, מסופקים בספיקה קבועה ואינם מושפעים משנות בצורת, ומכאן שאמינות האספקה שלהם גבוהה. מבחינה איכותית, מים מותפלים אינם מכילים זיהומים ועומדים בכל תקני האיכות, ואפילו בתקנים המחמירים ביותר. מבחינה סביבתית, כשאפשר לסלק את התמלחת המרוכזת (הנקראת גם "רכז", שהיא השארית הנותרת בגמר תהליך ההתפלה) אל הים, אין להתפלה כל השפעה שלילית, אך באתרים הרחוקים מהים סילוק הרכז הוא בעיה קשה. חסרונה הגדול של ההתפלה הוא עלותה הכלכלית, הגבוהה באופן ניכר מעלות המים המתוקים הטבעיים. אולם כשהיצע המים הטבעיים (והמים השוליים) מוגבל ואינו מסוגל לספק את הביקוש, וכששוקלים את הנזקים שייגרמו לכלכלה ולחברה מהמחסור במים, אין בררה אלא להתפיל מים מלוחים.

בשנים האחרונות השתכללה טכנולוגיית ההתפלה ועלות ההתפלה הלכה וקטנה. עלות ההתפלה של מי ים בשנת 2000 נעה בין 0.80-0.50 דולר למ"ק, ועלות התפלה של מים מליחים היא 0.35-0.20 דולר למ"ק (סמיט, 2000). עלות זו כוללת את ייצור המים המותפלים בלבד ואינה כוללת את מחיר השאיבה וההובלה לצרכנים. ההוזלה הניכרת בתהליך התפלת המים הביאה אותנו בשערו של עידן חדש שבו מדינות רבות ברחבי העולם החלו מתפילות מים. גם מדינת ישראל החלה להתקדם בכיוון זה, אם כי בצעדים קטנים והססניים. בשנת 2000 החליטה ממשלת ישראל להתפיל כ - 200 מלמ"ש ולצורך כך פרסמה מכרזים. משבר המים החמור שמצויה בו מדינת ישראל מחייב הרחבה של ממש בפעולות ההתפלה.

מתקני ההתפלה שיש היום בעולם פועלים בשתי טכנולוגיות בסיסיות: הפרדה באמצעות ממברנות וזיקוק באמצעות אדים. כל אחת מהטכנולוגיות מיושמת בשיטות שונות, מקצתן מיושנות ומקצתן חדשות. מבחינה היסטורית, טכנולוגיית הזיקוק פותחה מוקדם יותר, ומתקנים מסוג זה נפוצים במיוחד בארצות המפרץ הפרסי (בעיקר בערב הסעודית). מאוחר יותר פותחה טכנולוגיית הממברנות, שנמצאה יעילה וזולה יותר, והיא מצויה בעיקר בארצות הברית ובמדינות הים התיכון. מתקני ההתפלה הקיימים בעולם הפיקו בשנת 1998 בסך הכול כ - 23 מיליון מ"ק ביממה. מכלל התפוקה העולמית, כ - 40% מתבצעת בארצות המפרץ הפרסי וכ - 16% בארצות הברית. שני שלישים מהמתקנים בעולם מתפילים מי ים, רבע מהמתקנים מתפילים מים מליחים, והיתר מתפילים מים שוליים.

במהלך 35 השנים האחרונות הוקמו בישראל מתקני התפלה מכל הסוגים, בעלי יכולת הפקה של כ - 90,000 מ"ק ביממה (גליקשטרן ופריאל, 1998). בשנת 2000, מפיקים בישראל כ - 50,000 מ"ק ביממה בלבד, כולם בטכנולוגיה של ממברנות. המתקנים האחרים, בתפוקה כוללת של 40,000 מ"ק ביממה שהתבססו על טכנולוגית הזיקוק, כבר לא פועלים.

שיטות התפלה

הפרדה באמצעות ממברנות: "ממברנה חצי-חדירה" היא קרום דק שעוברים דרכו אטומים או מולקולות מסוג מסוים בלבד. שתי שיטות התפלה מבוססות על טכנולוגית הממברנות: אוסמוזה הפוכה (Reverse Osmosis - RO) ואלקטרו-דיאליזה (Electro-dialysis - ED).

בכדי להסביר מהי אוסמוזה הפוכה, יש להסביר תחילה מהו התהליך הטבעי של אוסמוזה המתרחש בלי השקעת אנרגיה. אוסמוזה טבעית מתרחשת בין שתי תמיסות בעלות ריכוזי מלחים שונים הנמצאות משני צדיה של הממברנה. בתהליך זה עוברות מולקולות מים מהתמיסה המהולה אל התמיסה המרוכזת, וככל שעובר הזמן קטן הפרש הריכוזים. לעומת זאת, אוסמוזה הפוכה היא תהליך שבו מולקולות מים עוברות בכיוון ההפוך, מהתמיסה המרוכזת אל המהולה, והפרש הריכוזים גדל עם הזמן. האוסמוזה ההפוכה מתרחשת רק באמצעות השקעת אנרגיה חיצונית בצורת לחץ גבוה על המים המלוחים. הלחץ גורם למולקולות המים לצאת מהתמיסה המלוחה דרך ממברנה המסוגלת להעביר רק מולקולות מים, והתמיסה שנותרת בפנים הולכת ונעשית מרוכזת ככל שחולף הזמן. הלחץ הדרוש להתפלת מים מליחים הוא 25-10 אטמוספרות ולהתפלת מי ים דרושות 80-50 אטמוספרות. כשמי הגלם הם מים מליחים, המים המותפלים הם 90% - 95% מהכמות ההתחלתית, אך בהתפלת מי ים הניצולת יורדת עד 50% - 30% בלבד. המים המותפלים בשיטה זו מכילים בדרך כלל 500-300 מג"ר מלחים בליטר.

שיטת האלקטרו-דיאליזה מבוססת גם היא על ממברנה בעלת חדירות בררנית, אך בניגוד לאוסמוזה, כאן הממברנה אינה מעבירה מולקולות מים אלא רק יונים הטעונים מטען חשמלי. האנרגיה החיצונית המושקעת בתהליך זה היא אנרגיה חשמלית הטוענת את הממברנות במטען חיובי או שלילי (ממברנה אחת משמשת קתודה והשנייה אנודה), והמלחים המומסים עוברים מהתמיסה המהולה אל התמיסה המרוכזת. שיטה זו נמצאה יעילה עבור מים מליחים, אך אינה יעילה עבור מי ים. מבחינה כלכלית, האלקטרו-דיאליזה יקרה יותר מאוסמוזה הפוכה.

‏‏שיטת ההתפלה של זרחין:

אלכסנדר זרחין, מהנדס התפלה שעלה מרוסיה לישראל בשנת 1947, היה חלוץ "ממתיקי המים" הישראלים. זרחין הוא אבי שיטת ההקפאה בווקום, ובשנות השישים בנתה חברת "הנדסת התפלה" את המתקן הראשון באילת המבוסס על שיטה זו. מאוחר יותר נסגר המתקן ופורק מכיוון שפותחו שיטות פשוטות וזולות יותר. אולם זכותו תעמוד לו כמהפכן וחלוץ שהצליח להחדיר בישראל את הרעיון שמי הים יכולים להפוך מקור מים ובכך קידם את המחקר והפיתוח (לויטה, 1973).

שיטת ההתפלה של זרחין מבוססת על קירור המים המלוחים עד שקרח מתגבש מתוך התמיסה. הקרח הנוצר חופשי ממלחים שכן הם נשארים בתמיסת האם (בדומה לקרחונים הנוצרים ממי האוקיינוסים בשני הקטבים של כדור הארץ). הנחת העבודה שלו הייתה שהאנרגיה הנחוצה לקירור מים לנקודת הקפיאה פחותה מזו הנחוצה לחממם לנקודת הרתיחה (טל, 1978). תנאי העבודה האופטימליים להתפלה בטכניקה זו הם בטמפרטורה של 1.9ºC- ובלחץ נמוך של 4 מ"מ כספית, היינו "הנקודה המשולשת" שבה אדים, מים וקרח יכולים להתקיים בצוותא. בתנאים אלו ניתן לאסוף בו בזמן גם את הקרח וגם את אדי המים הרבים (שהתנדפו מהמים המלוחים בתנאי הלחץ הנמוכים) ומתעבים על גבי הקרח. השיטה נזנחה בסופו של דבר משום הקשיים הטכניים הרבים שהיו כרוכים ביישומה.

זיקוק באמצעות אדים: הזיקוק הוא תהליך שבו המים המלוחים מתאדים, לאחר מכן מקררים את האדים עד עיבויים ולבסוף אוספים את טיפות המים. המלחים אינם נדיפים, כמובן, ולכן שינוי מצב הצבירה (מנוזל לגז) משמש מעין מכשיר להפרדה בין המים לבין המלחים. מבחינה טכנית יש שלוש שיטות המבוססות על טכנולוגיית האידוי: פריצה רב-דרגית (Multi Stage Flash - MSF); זיקוק רב-שלבי (Multi Effect Distillation - MED); וזיקוק דחיסת אדים (Vapor Compression - VC). הבסיס המשותף לכל הטכניקות הוא שאפשר לאדות מים לא רק באמצעות חימומם לטמפרטורה של 100ºC (רתיחה), אלא גם בטמפרטורות נמוכות יותר ובתנאי שיש תנאי לחץ נמוכים. המים המותפלים בשיטות אלו מכילים בדרך כלל 50-5 מג"ר מלחים בליטר, דהיינו ריכוז הנמוך פי עשרה ויותר מהמים המותפלים המיוצרים באמצעות ממברנות (סמיט, 2001).

שיטת הפריצה הרב-דרגית מתבצעת בעזרת הכנסת המים המלוחים לכלי שיש בו תנאי לחץ נמוך (וקום חלקי), הגורמים לפריצה של חלק מהמים אל האוויר, כלומר ליצירת אדים. המים המלוחים הנותרים לאחר האידוי הראשוני מועברים למכל נוסף שיש בו תנאי לחץ נמוכים עוד יותר, וכך פורצת כמות נוספת של מים אל האוויר ונוצרים אדים נוספים. המים המלוחים הנותרים ממשיכים לעבור מתא לתא והלחץ בהם הולך וקטן, ובכל מעבר מתנדפת כמות נוספת של מים. האדים נאספים מכל התאים ומתעבים למי מוצר.

הזיקוק הרב-שלבי נעשה בעזרת חימום המים המלוחים עד שנוצרים אדים (קיטור). האדים עוברים דרך טור של תאים, ובכל תא הם מתקררים במקצת תוך כדי פליטת חום מועט. השיטה מבוססת על העברת אנרגיית החום ביעילות בין הקיטור המתעבה הפולט חום לבין המים המלוחים המתאדים הקולטים את החום. בפועל, מתקני הזיקוק בנויים משני טורים של תאים צמודים, שהטמפרטורה משתנה בהם בהדרגה במעבר מתא לתא, כשבטור אחד המים מתאדים ובטור האחר הם מתעבים ומנצלים את האנרגיה ביעילות מרבית.

זיקוק דחיסת אדים מבוצע באמצעות מדחסים חשמליים הדוחסים את האדים וגורמים לעיבויים. מתקני ההתפלה מבוססים על התזת המים המלוחים על מערכת צינורות חמים הגורמים לאידוי המים. האדים נאספים ונדחסים בתוך אותה מערכת צינורות. דחיסת האדים בצינורות היא תהליך הפולט חום וזו השיטה לחימום הצינורות.

טיפולים מקדימים

טיפולים שגרתיים: תוחלת החיים של מתקני ההתפלה תתארך ככל שיסולקו הגורמים הסותמים את שטף המים בתוכם. לפיכך דרוש טיפול מוקדם. הטיפולים המוקדמים מיועדים הן לסילוק המוצקים המרחפים, האצות והחיידקים והן ליצירת התנאים המקטינים את סיכויי השקיעה של מלחים בתוך המערכת. השיטות הנפוצות הן: סינון לסילוק חומר גס, הוספת כלור לפירוק החומר האורגני, אוורור המים לסילוק ה – CO2 ולהקטנת סיכויי שקיעת האבנית, והוספת חומצה לשמירת pH אופטימלי המונע שקיעת מלחים.

סינון עדין: השיטה החלופית, שהפכה פופולרית בשנים האחרונות, היא סינון עדין באמצעות ממברנות (Wilbert et al., 1988 ). בפועל, ניתן לסנן את מי הגלם ברמות שונות בהתאם לצורך. מי תהום מליחים הנשאבים בקידוחים אינם דורשים טיפול אינטנסיבי מקדים שהרי הם אינם מכילים ביומסה (אצות וחיידקים). לעומתם, מי ים נחותים יותר בשל הביומסה הרבה המצויה בהם. עכירות הים התיכון היא בדרך כלל 5-1 NTU, אך מי ים סוף צלולים יותר ועכירותם נעה בין 0.2- 0.8 NTU (פריאל וגליקשטרן, 1998).

מפעלי התפלה בארץ

מתקנים ראשונים: מתקן האיוד הראשון בשיטת הפריצה הרב-דרגית הוקם באילת בשנת 1965 ופרטים על אודותיו מובאים בהמשך בהקשר להתפלת המים באילת. מתקן האלקטרו-דיאליזה הראשון בישראל הוקם בצאלים שבנגב בשנת 1965. תפוקתו הגיעה ל - 500 מ"ק ליממה. מי הגלם היו מי תהום מליחים שריכוזם 2,600 מג"ר בליטר ומי המוצר היו 500 מג"ר בליטר (לויטה, 1973). מחקר ופיתוח של תהליך האלקטרו-דיאליזה הביא לשכלול הטכניקות, ובשנת 1972 נבנה במשאבי שדה מתקן גדול יותר שתפוקתו הגיעה ל - 2,400 מ"ק ליממה. המתקן הופעל על ידי חברת "מקורות".

המתקן הראשון לזיקוק בדחיסת אדים הוקם בשנת 1970 באופירה שבסיני. המתקן הורחב בשנת 1973 ותפוקתו הכוללת הגיעה ל - 1,300 מ"ק ליממה. מי הגלם היו מי ים סוף שמליחותם כ - 40,000 מג"ר בליטר ומי המוצר היו בריכוז של 25 מג"ר בליטר (ארד וחב', 1973). המתקן הופעל על ידי חברת "מקורות".

מתקנים קטנים הפועלים בשיטת האוסמוזה ההפוכה נבנו בישראל מאז שנות השבעים. מתקנים אלו נמצאו יעילים ביותר מבחינה כלכלית והם היחידים שפועלים עד היום. מתקנים להתפלת מים מליחים באוסמוזה הפוכה קיימים היום בכשלושים אתרים בארץ. המתקן הראשון נבנה בדי זהב שבסיני בשנת 1972. מי הגלם היו מי תהום מליחים בריכוז 3,200 מג"ר בליטר, מי המוצר היו 500 מג"ר בליטר והתפוקה הייתה 20 מ"ק ביום (ארד וחב', 1973). שני מתקנים הוקמו אחר כך בערבה, ביטבתה ב - 1973, בתפוקה של 40 מ"ק ליממה, ובגרופית ב - 1974, בתפוקה של 10 מ"ק ליממה (שהם ושריג, 1997). מתקנים בגודל דומה הוקמו בקיבוצים ובמושבים רבים בערבה, בחוף ים המלח ובחבל קטיף שברצועת עזה. מתקנים גדולים יותר בתפוקה של 250 ו - 500 מ"ק ליממה בשיטת האוסמוזה ההפוכה הוקמו בכמה מחנות צה"ל בנגב (גליקשטרן ופריאל, 1998). מערכות התפלה בקנה מידה קטן קיימות גם על אניות גדולות ובתעשייה, כגון: בחברת החשמל, במפעלי ים המלח, בבתי הזיקוק, במפעלי אינטל ובאחרים (סמיט, 1999).

מתקן להתפלה בשיטת הזיקוק הרב-שלבי תוכנן לקום באשדוד בצמוד לתחנת הכוח שעל חוף הים (טל, 1978). המטרה הייתה להקים מתקן גדול שיתפיל כ - 15 מלמ"ש מי ים, דהיינו פרויקט עצום בקנה מידה של אותה תקופה. המועצה הלאומית למחקר ופיתוח ראתה בפרויקט משימה לאומית ותמכה בו תמיכה של ממש. אולם בסופו של דבר הפרויקט לא צלח מסיבות טכניות.

התפלת מים באילת: בראשית ימיה ניזונה העיר אילת ממי תהום של קידוחי הערבה הדרומית שהוסעו אליה במכליות מצפון ואחר כך הוזרמו בצינורות. הביקוש למים באילת גדל ומצאי המים המתוקים היה מוגבל, ועל כן נבנו בה מפעלי ההתפלה הראשונים. מפעלי התפלה בשיטות שונות ובספיקות שונות הוקמו באילת. בשנת 1965 הוקם בעיר מתקן ראשון להתפלת מי ים בשיטת איוד פריצה רב-דרגי. המתקן הורחב בשנת 1971, ושני החלקים הפיקו יחד 7,000 מ"ק מים ביום. את המפעל בנו במשותף חברת החשמל וחברת "מקורות" בצמוד לתחנת הכוח המקומית שסופק ממנה הקיטור (ארד וחב', 1973). יעילות ההתפלה הייתה גבוהה ביותר וריכוז המלחים במי המוצר היה מיליגרמים ספורים בליטר, ולפיכך הם עורבבו עם מי תהום מליחים בטרם סופקו לצרכנים (לויטה, 1973).

בשנת 1974 הוקם מתקן התפלה שני באילת בשיטת הזיקוק הרב-שלבי, בעל יכולת ייצור של 3,800 מ"ק מים ביום. שיטה זו נמצאה זולה יותר להפעלה בהשוואה לשיטה הקודמת. מליחות מי המוצר הייתה כ - 25 מג"ר בליטר.

בעקבות הצלחת ניסויי ההתפלה בשיטת האוסמוזה ההפוכה שנערכו בסוף שנות השבעים (Glueckstern et al., 1979 ), הוחלט על שינוי טכניקת ההתפלה. בשנת 1977 הופעל המפעל הראשון, הנקרא סבחה-א. המפעל מתפיל מים מליחים הנשאבים בקידוחים באזור הסבחה, 20 ק"מ מצפון לעיר. מליחות מי הגלם היא כ - 3,000 מגכ"ל, ומליחות המים המותפלים כ - 100 מגכ"ל. מי הרכז המסולקים מהמתקן הם במליחות של 10,000 מגכ"ל. מתקן סבחה-א החליף בהדרגה את מתקני ההתפלה הישנים שפעלו בשיטות הזיקוק ונמצאו יקרים יותר. בשנת 1992, עם גידול הביקוש למים, נבנה מתקן סבחה-ב, ואף הוא מתפיל מים מליחים בשיטת האוסמוזה ההפוכה. יכולת הייצור של שני מתקני הסבחה הגיעה ל - 36,000 מ"ק מים ביום.

בשנת 1997 התחולל מהפך באילת והוקם בה המפעל הראשון בישראל המתפיל מי ים. המתקן סבחה - ג מתפיל את מי הים בשיטת האוסמוזה ההפוכה, והוא הגדיל את יכולת הייצור ב - 10,000 מ"ק מים ביום .(Glueckstem and Priel, 1998) מי הים הם בריכוז 22,000 מגכ"ל והמים המותפלים בריכוז של 240 מגכ"ל.

תהליך ההתפלה באילת הוזל הוזלה ניכרת בשלושה אופנים. ראשית, מתקן סבחה - ג מקבל גם את מי הרכז הנפלטים ממתקני התפלת המים המליחים סבחה-א וסבחה-ב. כשמערבבים את מי הרכז עם מי הים, מקבלים מים שריכוזם 19,000 מגכ"ל ובפועל מתפילים אותם. בדרך זו מרוויחים גם את מי הרכז וגם מים שריכוז המלחים בהם בכניסה לסבחה-ג הוא נמוך מריכוזם במי הים. שנית, יש שיתוף פעולה בין חברת "מקורות" המייצרת והמספקת את המים באילת לבין מפעל ייצור המלח שבעיר. מפעל המלח הקים את מערכת יניקת המים מהמפרץ, ו"מקורות" מקבלת ממנו את המים בלי להשקיע אנרגיה. במהלך ההתפלה במתקן סבחה-ג, 45% מנפח המים מותפל, ויתרת ה - 55% הופכים מים מלוחים מרוכזים המסופקים למפעל המלח לאידוי וכך מרוויח גם מפעל המלח. שלישית, התמיסה המרוכזת הנותרת בגמר התהליך נמצאת כידוע בתנאי לחץ גבוהים. התמיסה מוזרמת לטורבינה הידראולית להשבת האנרגיה, ובכך מורידים את צריכת האנרגיה של המפעל.

השתנות מקור המים לצריכה שוטפת באילת בשנים 1968 - 1998 מתואר באיור 11.6. המים המותפלים היוו כ - 40% מכלל צריכת המים באילת באמצע שנות השמונים, ויתרת ה - 60% סופקו מקידוחי המים בערבה. בסוף שנות התשעים מספקים שלושת מתקני סבחה כ - 80% מכלל הצריכה באילת, ורק 20% מסופקים מהקידוחים. הקטנת חלקם היחסי של קידוחי הערבה במערכת הספקת המים לעיר פתרה גם את בעיית הטעם של המים בעיר. כל עוד מי הקידוחים היו דומיננטיים, עודף המגנזיום שבהם יצר טעם לוואי במים, אך כשנמהלו המים בכמות גדולה של מי ים מותפלים נעלם טעם המגנזיום.

הבעיה שעדיין אין לה פתרון היא ריכוז הבור הגבוה במים המותפלים. הבור הוא יון קטן ביותר ועל כן קשה לסלק אותו באמצעות ממברנות. הניסיון מלמד שריכוז הבור יורד מ - 5.5 מג"ל במי ים עד 1.0 מג"ל לערך במים המותפלים, שהוא ריכוז גבוה מדי. ריכוז זה אינו מסוכן לבני האדם אלא לחקלאות. לפיכך כשנאספים מי הביוב בעיר אילת וממוחזרים להשקיה חקלאית, נותר ריכוז גבוה זה בקולחים ופוגע בגידולים. הפתרון לבעיה זו הוא שלב נוסף של התפלה שתוריד את ריכוזו עד לאפס כמעט, או העברת המים דרך שרף מיוחד הסופח את יוני הבור. כאמור, עד כה אין פתרון לבעיית הבור באילת.

טיוב בארות: בארות מים רבות השואבות מים מאקוות החוף נסגרו עד כה עקב העלייה המתמשכת בריכוז החנקות. כיום התקן הישראלי למי שתייה עומד על 90 מגח"ל. בשנת 2003 תיכנס לתוקף התקנה החדשה של משרד הבריאות להעמיד את הריכוז המרבי על 70 מגח"ל. עד היום נסגרו קרוב ל - 100 בארות שריכוז החנקות בהן עבר את התקן הנוכחי. כשייכנס לתוקפו התקן החדש ייסגרו בארות מים רבות נוספות, המספקות בשנים רגילות בין 70-60 מלמ"ש. המחסור במים שנתונה בו מדינת ישראל איננו מאפשר הפסד כה גדול של מים, ועל כן מתעכבת כניסתו של התקן החדש לתוקף.

הפתרון לבעיה זו הוא טיוב הבארות, היינו הורדת ריכוז החנקות במי התהום הנשאבים. באופן תאורטי אפשר לסלק חנקות ממים בכמה שיטות, ובכללם דה-ניטריפיקציה, אך השיטה המיושמת בפועל בארץ היא התפלה. טיוב הבארות נעשה בארץ באמצעות אלקטרו-דיאליזה בררנית. כאמור לעיל, התפלת מים בשיטת האלקטרו-דיאליזה נמצאה בלתי כדאית מבחינה כלכלית בגלל האנרגיה החשמלית הגבוהה שיש להשקיע כדי להוציא מלחים מתמיסה שריכוזה גבוה. אולם ככל שריכוז המלחים במי הגלם קטן, כך הצורך בהשקעת אנרגיה קטן, ומשום כך אלקטרו-דיאליזה הייתה כדאית בעבר להתפלת מים מליחים הנשאבים בקידוחים. כיום, האלקטרו-דיאליזה אינה כדאית אף עבור התפלת מים מליחים בעקבות הוזלת הטכניקות החלופיות. אולם כשמדובר במי תהום "מתוקים" מאקוות החוף שבעייתם העיקרית היא ריכוז החנקות, חוזרת האלקטרו-דיאליזה להיות כדאית.

האלקטרו-דיאליזה הבררנית שונה מהאלקטרו-דיאליזה הרגילה באפשרה מעבר קל ליונים מסוג מסוים בלבד. הממברנה עשויה ממחליף יונים צפוף ביותר המאפשר את מעברם של יונים חד-ערכיים ומקשה על מעברם של יונים דו-ערכיים. כשהמטרה היא לטייב בארות העשירות בחנקות משתמשים באנודה בררנית המסלקת מהמים בעיקר NO3 ו – C1, ומעט =SO4. הקתודה, לעומתה, אינה בררנית ומסלקת נתרן וסידן באותה המידה.

האתר הראשון שהוקם בו מתקן לסילוק חנקות ממי אקוות החוף הוא באר גורדון בראשון לציון המפיקה 100 מ"ק בשעה (פרי, 1998). באתר נבחנו שני יחסי השבה: בתחילה יחס השבה של 95% (כלומר ש - 95% מהמים עתירי החנקה מושבים לשימוש) ואחר כך של 97% (כלומר ש - 97% מושבים לשימוש); יחס אשר נמצא בר ביצוע וכמובן כדאי יותר. בפועל, מי הגלם הנשאבים בבאר מפוצלים לשני מסלולים: 97% מוזרמים במסלול הנקרא זרם דלל ו - 3% מוזרמים בזרם רכז. היונים עוברים דרך הממברנות מזרם הדלל לזרם הרכז, ובסוף המסלול ריכוז החנקות יורד מ - 90 מגח"ל עד 40 מגח"ל, ריכוז הכלור יורד למחצית, ואתו יורד כמובן גם ריכוזם של הסידן, המגנזיום והנתרן. זרם הרכז מכיל בסוף המסלול בין 2,000-1,000 מגח"ל ובין 2,000 – 3,000 מגכ"ל, וכמובן גם ריכוזים גבוהים של קטיונים. זרם זה מסולק בסופו של דבר מהאתר. טיוב הבארות מועיל אפוא לא רק בסילוק החנקות אלא בהורדת מעט מהמליחות וסילוק מעט מקשיות המים. משבר המים הנוכחי הביא את חברת "מקורות" להחזיר לשימוש 12 בארות מזוהמות בחנקות באקוות החוף. בבארות אלו יותקנו מערכות אלקטרו-דיאליזה לטיוב המים.

מתקני ניסוי: חברת "מקורות" עוסקת שנים רבות בחקר תהליך ההתפלה (1994 ,1991 Glueckstern). גם בשנים האחרונות מפעילה החברה שלושה אתרי ניסוי כדי לבחון חלופות שונות להתפלה. המתקן הראשון הוא מתקן "נור" באזור המעיינות המלוחים בכינרת. מתקן ההתפלה העתידי למי המעיינות המלוחים טומן בחובו יתרונות וחסרונות כאחד. היתרונות הם שיתבטל הצורך במוביל המלוח המופעל כיום ומטה כ - 20 מלמ"ש אל מחוץ לכינרת. המים המותפלים יוזרמו ישירות במוביל הארצי למרכז הארץ. נוסף על כך, מי המעיינות צלולים ואינם דורשים טיפולים מקדימים מיוחדים. החיסרון הגדול של מתקן "נור" הוא סילוק הרכז. אמנם נפח מי הרכז יהיה קטן בהשוואה למוביל המלוח הנוכחי, כמיליון מ"ק בלבד, אולם אי אפשר יהיה להזרימו לירדן התחתון מדרום לדגניה כמו שנעשה היום. סביר להניח שיהיה צורך להזרים את מי הרכז דרומה עד ים המלח, ואולי בדרך יצטרפו מי רכז נוספים ממתקני התפלה עתידיים של מעיינות בית שאן ואחרים. לחלופין, ייתכן שראוי יהיה להזרים את המים לברכות אידוי שיופרדו בהם המים מהמלחים (סמיט, 2001). כמובן התהליך הזול הוא שייבחר.

מתקן ניסויים שני נמצא באשדוד וגם ממנו למדים את הטכניקות השונות להתפלת מי ים. כמובן, מתקני ההתפלה בקנה המידה הגדול ביותר עתידים לקום לאורך חופי הים התיכון. מתקנים אלו ייהנו מיתרונות רבים ובכללם: קרבה לאזורי הצריכה הגדולים, יכולת סילוק רכז לים וכמובן כמות מים בלתי מוגבלת. הניסויים בוחנים את אפשרות שילוב המתקן עם תחנת הכוח המקומית לייצור חשמל המסוגלת לספק מי גלם בטמפרטורה גבוהה יחסית. הניסויים בוחנים אף טיפולים מקדימים מסוגים שונים המתאימים ביותר למי הים התיכון.

מתקן הניסוי השלישי פועל בחוף הכרמל ליד מעיינות התנינים והוא בוחן את יכולת ההתפלה של מי הניקוז של ברכות הדגים ( Glueckstern et al., 2001a ). הבעיה המרכזית במי ברכות הדגים היא העומס האורגני הגבוה הדורש טיפולים מקדימים אינטנסיביים, ובכך מתמקדים הניסויים.

מתקני ניסוי נוספים נמצאים באילת ובמושבה מגדל שעל חוף הכינרת. מתקן נוסף עתיד לקום באתר השפד"ן כדי לבדוק את אפשרויות התפלת מי הקולחים. בכל מתקני הניסוי מתמקדים בהגברת הניצולת (היחס הכמותי בין נפח המים המותפלים לנפח מי הגלם), בהוזלת עלות האנרגיה, במידת ההתאמה והיעילות של ממברנות מסוגים שונים, בהתאמת טיפולים מקדימים אופטימליים למי הגלם מהמקורות השונים, ובהוזלת עלות החומרים הכימיים הדרושים לטיפולים (Glueckstern et al., 2001b ).

פוטנציאל המים המליחים

התפלת מים מליחים זולה כאמור מהתפלת מי ים, ועל כן מעוניינת נציבות המים להתפיל תחילה את כל המים המליחים הניתנים להפקה בארץ. פוטנציאל המים המליחים באזורים הגאוגרפיים השונים של ישראל נבדק על ידי גופים אחדים (גוטמן וחב', 1992; מקורות, 1999ב; נציבות המים, 2000). מתברר שפוטנציאל המים המליחים מוערך ב - 180 מלמ"ש לפחות - מקצתם מי מעיינות ומקצתם מי קידוחים. פוטנציאל המעיינות המליחים מסתכם בכ - 90 מלמ"ש לפחות לפי הפירוט הבא: מעיינות החוף הצפון מערבי של הכינרת (מעיינות טבחה ופולייה) בסך הכול כ - 20 מלמ"ש; בעמק בית שאן (מעיינות שוקק ומעיינות חוגה וחסידה) בסך הכול כ - 30 מלמ"ש; מעיינות חוף ים המלח (החלק המליח של עין פשחה ושל מעיינות קנה וסמר) בסך הכול כ - 35 מלמ"ש; ומעיינות הגליל המערבי (בעיקר מעיין הנעמן) בסך הכול כ – 5 מלמ"ש. הקידוחים המליחים מצויים כמעט בכל אגני מי התהום, בקרבת אזורי השאיבה של המים השפירים. שאיבת מי התהום המליחים תסייע אף לעצור את תהליך נדידתם לעבר אזורי השאיבה של המים השפירים ובכך ייפסק תהליך השחתתם. פוטנציאל הקידוחים המליחים מסתכם בלפחות 90 מלמ"ש לפי הפירוט הבא: גליל מערבי - כ- 5 מלמ"ש; עמק יזרעאל – כ - 5 מלמ"ש; חוף הכרמל – כ – 15 מלמ"ש; אקוות החוף – כ - 35 מלמ"ש; השוליים המערביים של אקוות ירקון-תנינים וסביב אגן באר שבע (כולל מישור רותם) – כ - 30 מלמ"ש.

מקורות ספרות

  1. ארד נ', גליקשטרן פ' וקנטור י', 1973. "מתקני המתקת מים בפעולה ובהקמה במדינת ישראל", בונה י', גרוסמן-פינס ש' וגרינולד צ' (עורכים), המים בישראל, א, תל אביב: משרד החקלאות, נציבות המים, עמ' 127-121.
  2. גוטמן י', מיכלסון ח' וגולני ז', 1992. סקר מים מליחים להתפלה, חלק 1, תל אביב: דוח תה"ל 01/92/29.
  3. גליקשטרן פ' ופריאל מ', 1998. "התפלה: מצב נוכחי ומגמות לעתיד", הנדסת מים, 36, עמ' 15-7.
  4. טל א', 1978. "המחקר והפיתוח בתחום המתקת המים בישראל". מדע, כב, עמ' 237-232.
  5. לויטה ג', 1973. "פיתוח המתקת המים בישראל", בונה י', גרוסמן-פינס ש' וגרינולד צ' (עורכים), המים בישראל, א, תל אביב: משרד החקלאות, נציבות המים, עמ' 120-115.
  6. מקורות, 1999א. יחידת אספקת מים ערבה, אילת: מרחב דרום, מקורות, חברת המים הלאומית.
  7. מקורות, 1999ב. פיתוח מקורות מים מותפלים - תכנית לחמש שנים 2000 - 2005, תל אביב: מקורות, חברת המים הלאומית.
  8. נציבות המים, 2000. תסקיר ראשוני להתוויית תכנית תכנון ופיתוח להתפלת מי תהום מליחים, תל אביב: האגף לתכנון, נציבות המים.
  9. שהם י' ושריג ע', 1997. התפלת מים בישראל, תל אביב: מקורות חברת המים הלאומית.
  10. פרי מ', 1998. "התפלה שולית ביחסי השבה גבוהים: השימוש במתקני אלקטרו-דיאליזה בררנית להוצאת חנקות מבארות מי שתייה", סמיט ר', חסון ד' ושאולי ע' (עורכים), התפלת מים בישראל הווה ועתיד, חיפה: המכון למחקר המים, עמ' 36-29.
  11. פריאל מ' וגליקשטרן פ', 1998. "מתקני ניסוי להתפלת מים מליחים ומי ים במקורות", סמיט ר', חסון ד' ושאולי ע' (עורכים), התפלת מים בישראל הווה ועתיד, חיפה: המכון למחקר המים, עמ' 113 - 125.
  12. סמיט ר', 1999. "מי מפחד מהתפלת מים?", הנדסת מים נוזלים והשקיה, 4, עמ' 7-5.
  13. סמיט ר', 2000. "התפלת מים: הווה ועתיד - חלק א'", הנדסת מים נוזלים והשקיה, 10, עמ' 47-42.
  14. סמיט ר', 2001. "התפלת מים: הווה ועתיד - חלק ב'", הנדסת מים נוזלים והשקיה, 12, עמ' 49-45.
  15. Glueckstern, P., 1991. "Cost estimates of large reverse-osmosis systems", Desalination, 81, pp. 49-56.
  16. Glueckstern, P., 1994. "Potential uses of solar energy for seawater desalination", Desalination, 101, pp. 47-50.
  17. Glueckstern, P., Nadav, N. and Priel, M., 2001a. "Desalination of marginal water: Environmental and cost impacts", Desalination, 138, pp. 157-163.
  18. Glueckstern, P., Thoma, A. and Priel, M., 2001b. "The impact of R&D on new technologies, novel design concepts and advanced operating procedures on the cost of water desalination", Desalination, 139, pp.217-228.
  19. Glueckstern, P. and Priel, M., 1998. "A hybrid SWRO/BWRO desalination plant", Desalination, 115, pp. 203-209.
  20. Glueckstern, P., Wilf, M. and Kantor, Y., 1979. "Field testing and economic evaluation of RO seawater technology", Desalination, 30, pp. 235-245
  21. Wilbert, M.C., Leitz, F., Abrat, E., Boegli, B. and Linton, K., 1998. The desalting and Water Treatment Membrane Manual: A Guide to Membranes and Municipal Water Treatment2, Denver: Bureau of Reclamation, U.S. Dept. of Interior.
ביבליוגרפיה:
כותר: התפלת מים
שם  הספר: משאבי המים בישראל : פרקים בהידרולוגיה ובמדעי הסביבה
מחבר: גבירצמן, חיים (פרופ')
תאריך: 2002;תשס"ג
בעלי זכויות : יד יצחק בן-צבי
הוצאה לאור: יד יצחק בן-צבי
הערות: 1. ספר זה יוצא לאור בסיוע: נציבות המים - משרד התשתיות הלאומיות; המשרד לאיכות הסביבה; האוניברסיטה העברית בירושלים; המנהל למשק המים ברשויות המקומיות, משרד הפנים.
הספרייה הוירטואלית מטח - המרכז לטכנולוגיה חינוכית